(57)【要約】【課題】振動子から導出された引き出し電極と検出電極から導出された引き出し電極とを同電位にすることで、検出電極への振動子の引き寄せを起こさせずに、高感度な容量検出型センサを製造することを可能とする。【解決手段】第１基板100に設けた支持部103-1〜4に支持弾性体102-1〜4の一方端を接続し、支持弾性体102-1〜4の他方端に第１基板100表面から浮遊した状態で支持された第１，第２振動子101-1,2を設け、第１，第２振動子101-1,2に空間を介して対向して検出電極201-1,2を設け、第１基板100と対向するもので検出電極201-1,2を形成する第２基板200を備えた容量検出型センサ1の製造方法であって、第１基板100と第２基板200とを接着させる際に、第１,第２振動子101-1,2から導出された引き出し電極212-1〜4と検出電極201-1,2から導出された引き出し電極211-1,2とを同電位にする。【選択図】図１
2005265565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板の表面に設けられた支持部と、
前記支持部に一方端が接続された支持弾性体と、
前記第１基板表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で前記支持弾性体の他方端に支持され、前記第１基板に対して変位可能な振動子と、
前記振動子の変位を検出するもので前記振動子に空間を介して対向して設けられた検出電極と、
前記第１基板と対向するもので前記検出電極が形成された第２基板と
を備えた容量検出型センサの製造方法であって、
前記第１基板と前記第２基板とを接着させる際に、
前記振動子から導出された引き出し電極と前記検出電極から導出された引き出し電極とを同電位にする
ことを特徴とする容量検出型センサの製造方法。
【請求項２】
前記第１基板と前記第２基板とを接着させる際に、
前記振動子から導出された引き出し電極と前記検出電極から引き出された引き出し電極とを前記第１基板に形成した同電位配線に接続させる
ことを特徴とする請求項１記載の容量検出型センサの製造方法。
【請求項３】
前記支持部に接続された前記支持弾性体の少なくとも一方に、絶縁膜を介して導電性の配線を形成するとともに、
前記導電性の配線の両端に前記導電性の配線を前記第２基板へ電気的に引き出すための引き出し電極が接続される電極パッドを形成する
ことを特徴とする請求項１記載の容量検出型センサの製造方法。
【請求項４】
前記支持部に接続された前記支持弾性体の少なくとも一方に直接接続されるもので、前記支持弾性体を前記第２基板へ電気的に引き出すための引き出し電極が接続される電極パッドを設ける
ことを特徴とする請求項１記載の容量検出型センサの製造方法。
【請求項５】
前記振動子は複数の振動子からなり、該複数の振動子同士が接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の容量検出型センサの製造方法。
【請求項６】
前記複数の振動子同士は支持弾性体で接続されている
ことを特徴とする請求項５記載の容量検出型センサの製造方法。
【請求項７】
前記第２基板における前記支持部に接続された前記支持弾性体および前記振動子同士を接続している前記支持弾性体の各上方に検出電極を形成し、
前記支持弾性体の各上方に形成した検出電極に接続される引き出し電極を前記第１基板に形成した同電位配線に接続させる
ことを特徴とする請求項６記載の容量検出型センサの製造方法。
【請求項８】
前記支持部に接続された前記支持弾性体の少なくとも一方に直接接続されるもので、前記支持弾性体を前記第２基板へ電気的に引き出すための電極パッドを設け、
前記支持部に接続された前記支持弾性体の少なくとも一方に、絶縁膜を介して導電性の配線を形成するとともに、前記導電性の配線の両端に前記導電性の配線を前記第２基板へ電気的に引き出すための導電性パッドを形成し、
前記第２基板における前記電極パッドおよび前記導電性パッドに対向する位置に支柱電極を形成し、
前記電極パッドおよび前記導電性パッドへ前記各支柱電極をそれぞれに接続し、
前記支柱電極に接続された前記引き出し電極を前記第１基板に形成した同電位配線に接続させる
ことを特徴とする請求項１記載の容量検出型センサの製造方法。
【請求項９】
前記電極パッドおよび前記導電性パッドに対して前記支柱電極を１個もしくは複数個接続させる
ことを特徴とする請求項８記載の容量検出型センサの製造方法。
【請求項１０】
第１基板と、
前記第１基板の表面に設けられた支持部と、
前記支持部に一方端が接続された支持弾性体と、
前記第１基板表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で前記支持弾性体の他方端に支持され、前記第１基板に対して変位可能な振動子と、
前記振動子の変位を検出するもので前記振動子に空間を介して対向して設けられた検出電極と、
前記第１基板と対向するもので前記検出電極が形成された第２基板と
を備えた容量検出型センサであって、
前記第１基板と前記第２基板とを接着させる際に前記振動子および前記検出電極を同電位にするもので前記振動子から導出された引き出し電極と前記検出電極から導出された引き出し電極とを備えた
ことを特徴とする容量検出型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量検出型センサの一方の電極となる振動子のガラス基板への張り付きを防止することが容易な容量検出型センサの製造方法および容量検出型センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板と、この基板に浮動する状態に支持された振動子と、上記基板に対向して設けられるもので検出電極を形成したガラス基板とを備え、振動子と検出電極との間隔（ギャップ）の変化を容量変化として検出する容量検出型のセンサ素子の場合、その感度を向上させるために、センサと検出電極とのギャップを狭くすることが一つの方法として挙げられる。ガラス基板側に検出電極を配置したセンサ素子、例えば、加速度センサ、圧力センサやジャイロセンサ等の場合、センサ感度を高くとるためには、ガラス基板と振動子が形成されている基板とを安定に、かつ狭いギャップを持って接合することが重要となってくる。ガラス基板と基板とを対向させて配置させる場合、一般的には陽極接合法が用いられる。陽極接合は、例えば、Ｓｉ基板とガラス基板の平滑な面どおしを合わせて、３００℃〜４００℃に加熱して、ガラス基板側に５００Ｖ程度の負電荷を印加することにより、ガラス基板とＳｉ基板との間で大きな静電引力が生じて、界面で化学結合を起こし、接合に至る（例えば、非特許文献１参照。）。特に、ガラス基板とＳｉ基板とが接触して密着する際、その間に非常に大きな電界分布が生じる。
【０００３】
【非特許文献１】江刺正喜、藤田博之、五十嵐伊勢美、杉山進著  「マイクロマシーニングとマイクロメカトロニクス」培風館  １９９２年  ｐ．４１−４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする問題点は、上記容量検出型のセンサ素子の場合、センサ部（例えば振動子）が中空に浮動している場合が多く、ガラス基板と基板とを陽極接合法により接合する際、振動子とガラス基板との間における大きな電位差により、ガラス基板への振動子の引き寄せが起こり、ガラス基板にセンサ部が張り付く可能性がある点である。また、陽極接合時に常に電圧印加されていると、一部の振動子や、振動子を支持するバネがガラス基板と接地され、本来中空で平行に保持されるべきセンサ部（振動子部およびバネ部を含む）が傾く懸念がある点である。さらに、張り付きを抑制するために、Ｓｉ基板とガラス基板との間のギャップを広くした場合、感度はギャップ間隔に反比例するため、広いギャップでは感度低下が起こる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の容量検出型センサの製造方法は、第１基板と、前記第１基板の表面に設けられた支持部と、前記支持部に一方端が接続された支持弾性体と、前記第１基板表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で前記支持弾性体の他方端に支持され、前記第１基板に対して変位可能な振動子と、前記振動子の変位を検出するもので前記振動子に空間を介して対向して設けられた検出電極と、前記第１基板と対向するもので前記検出電極が形成された第２基板とを備えた容量検出型センサの製造方法であって、前記第１基板と前記第２基板とを接着させる際に、前記振動子から導出された引き出し電極と前記検出電極から導出された引き出し電極とを同電位にすることを最も主要な特徴とする。
【０００６】
本発明の容量検出型センサは、第１基板と、前記第１基板の表面に設けられた支持部と、前記支持部に一方端が接続された支持弾性体と、前記第１基板表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で前記支持弾性体の他方端に支持され、前記第１基板に対して変位可能な振動子と、前記振動子の変位を検出するもので前記振動子に空間を介して対向して設けられた検出電極と、前記第１基板と対向するもので前記検出電極が形成された第２基板とを備えた容量検出型センサであって、前記第１基板と前記第２基板とを接着させる際に前記振動子および前記検出電極を同電位にするもので前記振動子から導出された引き出し電極と前記検出電極から導出された引き出し電極とを備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の容量検出型センサの製造方法は、第１基板と第２基板とを接着させる際、振動子から導出された引き出し電極と検出電極から導出された引き出し電極とを同電位にするため、振動子と第２基板に形成された検出電極とを同電位にすることができるので、陽極接合によって第１基板と第２基板とを接合する際に、振動子が第２基板側に張り付くのを防止することができるという利点がある。これによって、振動子と検出電極との間隔を狭くすることができるので、高感度なセンサ素子を製造することができる。
【０００８】
本発明の容量検出型センサは、第１基板と第２基板とを接着させる際に振動子および検出電極を同電位にするもので振動子から導出された引き出し電極と検出電極から導出された引き出し電極とを備えたことから、第１基板と第２基板とを接着させる際、振動子と第２基板に形成された検出電極とを同電位にすることができるので、陽極接合によって第１基板と第２基板とを接合する際に、振動子が第２基板側に張り付くのを防止することができるという利点がある。これによって、振動子と検出電極との間隔を狭くすることができるので、高感度なセンサ素子となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、高感度な容量検出型センサを製造するという目的を、振動子から導出された引き出し電極と検出電極から導出された引き出し電極とを同電位にすることで、検出電極への振動子の引き寄せを起こさせずに実現した。これにより、振動子と検出電極とのギャップを狭くしても、張り付き不良を起こすことなく安定に形成され、また、センサ部（振動子）からの信号を、第２基板側へ良好な接合を持って流すことができる高感度な容量検出型センサが提供される。
【実施例１】
【００１０】
本発明の容量検出型センサの製造方法として、角速度センサの製造方法に係る第１実施例を、図１の要部平面レイアウト図、図２の図１におけるＡ−Ａ’線断面図、図３の図１におけるＢ−Ｂ’線断面図、図４の図１におけるＣ−Ｃ’線断面図および図５の要部拡大図によって説明する。なお、図２〜図４の各断面図は概略構成を示すものであり、図１の平面レイアウト図の縮尺と一致していない。
【００１１】
図１〜図５に示すように、容量検出型センサ（角速度検出装置）１は、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２を並行に備えている。この第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２はともに矩形の薄膜からなり、一例としてシリコン層で形成されている。上記第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とは、互いに向かい合う側の角部が支持弾性体１０２−５、１０２−６とによって連結され、第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２とは反対側の角部分には支持弾性体１０２−１、１０２−２の一端側によって支持されている。また支持弾性体１０２−１、１０２−２の他端側は、それぞれ支持部１０３−１、１０３−２に支持固定されている。また、第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１とは反対側の角部分には支持弾性体１０２−３、１０２−４の一端側によって支持されている。また支持弾性体１０２−３、１０２−４の他端側は、それぞれ支持部１０３−３、１０３−４に支持固定されている。上記支持弾性体１０２−１〜６は、それぞれが例えば板バネで構成され、例えばシリコン層からなり、平面レイアウト的に見て例えばコ字形状、Ｕ字形状もしくは矩形波形状に形成されている。上記支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４は、それぞれ絶縁体１３１を介して第１基板１００に固定されている。したがって、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２は支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４によって支持されていて、第１基板１００に対して完全に浮動状態に配置されている。
【００１２】
また、上記支持部１０３−１上から支持弾性体１０２−１上、第１振動子１０１−１の端辺部上、支持弾性体１０２−２上を通り支持部１０３−２上に至るもので、上記第１振動子１０１−１を電磁駆動させるための電極１０６−１が絶縁膜１０５−１を介して導電性の配線として形成されている。同様に、上記支持部１０３−３上から支持弾性体１０２−３上、第２振動子１０１−２の端辺部上、支持弾性体１０２−４上を通り支持部１０３−４上に至るもので、上記電磁駆動で第２振動子１０１−２が動作したときに発生する誘導起電力を検出するためのモニタ電極となる電極１０６−２が絶縁膜１０５−２を介して導電性の配線として形成されている。さらに、角速度を検出する電極として上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を用いるために、例えば、第２振動子１０１−２にシリコンからなる支持弾性体１０２−３を介して接続される導電性パッド１０６−３が支持部１０３−３上に形成されている。この導電性パッド１０６−３は同支持部１０３−３上に形成される電極１０６−２とは絶縁膜１０５−２によって電気的に絶縁されている。
【００１３】
また、上記電極１０６−１、１０６−２の両端に連続して、上記電極１０６−１、１０６−２の両端における上記支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４上のそれぞれには、電極パッド１０７−１、１０７−２、１０７−３、１０７−４が形成されている。
【００１４】
上記第１基板１００には、絶縁体１３１を介して、上記第１、第２振動子１０１−１、１０１−２、上記支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４、１０２−５、１０２−６、支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４等を囲むように陽極接合フレーム１２１が形成されている。さらに、上記第１基板１００には、絶縁体１３１を介して、陽極接合フレーム１２１の外側に陽極接合フレーム１２１と間隔を置いてかつ陽極接合フレーム１２１を間にして対向する位置に同電位配線１２２、１２３が形成されている。上記陽極接合フレーム１２１、同電位配線１２２、１２３は、例えばシリコンで形成される。
【００１５】
また、上記第１、第２振動子１０１−１、１０１−２には、空気ダンピングを緩和するための貫通孔（図示せず）が複数設けられていてもよい。この貫通孔は、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２上方に設けられる第２基板２００との狭ギャップによるスクイーズ効果を低減させる。したがって、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２のバランスがとれるように均一に分布されるように形成されることが好ましい。
【００１６】
上記のような構成が第１基板１００に形成されている。
【００１７】
次に、上記第２基板２００について説明する。上記第２基板２００は、例えばガラス基板で形成されている。
【００１８】
この第２基板２００には、容量変化を検出するための電極が形成されている。上記第２基板２００の上記第１基板１００と対向する面の上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２に対向する位置に検出電極２０１−１、２０１−２が形成されている。また、上記第２基板２００の上記第１基板１００と対向する面の上記支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４、１０２−５、１０２−６に対向する位置に検出電極２０２−１、２０２−２、２０２−３、２０２−４、２０２−５、２０２−６が形成されている。
【００１９】
さらに、上記第２基板２００には、検出電極２０１−１、２０１−２、検出電極２０２−１、２０２−３、２０２−５、および上記第１基板１００と第２基板２００を接合したときに上記電極パッド１０７−１、１０７−３、上記導電性パッド１０６−３に対向する上記第２基板２００の位置から、それぞれ上記第１基板１００側に形成された同電位配線１２２側に引き出される引き出し電極２１１−１、２１１−２、２１２−１、２１２−３、２１２−５、および引き出し電極２１７−１、２１７−３、引き出し電極２１６が形成されている。
【００２０】
さらに、上記第２基板２００には、検出電極２０２−２、２０２−４、２０２−６、および上記第１基板１００と第２基板２００を接合したときに上記電極パッド１０７−２、１０７−４に対向する上記第２基板２００の位置から、それぞれ上記第１基板１００側に形成された同電位配線１２３側に引き出される引き出し電極２１２−２、２１２−４、２１２−６、および引き出し電極２１７−２、２１７−４が形成されている。
【００２１】
上記陽極接合フレーム１２１には、第１基板１００と第２基板２００とを対向させて接合させた際に、上記陽極接合フレーム１２１と上記引き出し電極２１１−１、２１１−２、２１２−１〜６、２１６、２１７−１〜４が接触しないように、窪み１２１−１が形成されている。この窪み１２１−１は各引き出し電極に対応して形成されるが、引き出し電極２１６、２１７−３のように接近して形成されている場合には、一つの窪みに二つの引き出し電極２１６、２１７−３を配置している。また上記窪み１２１−１は陽極接合フレーム１２１を完全に除去して形成することもでき、また引き出し電極が形成される位置を部分的に除去して形成することもできる。図面では完全に除去した場合を示した。
【００２２】
上記引き出し電極２１７−１、２１７−２、２１７−３、２１７−４の電極パッド１０７−１、１０７−２、１０７−３、１０７−４側の端部および上記引き出し電極２１６の導電性パッド１０６−３側の端部には、それぞれ支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５が形成されている。上記支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５は、例えば金メッキにより形成される。上記支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５は、単体であってもよく、もしくは一つの電極パッドもしくは導電性パッドに対して複数個形成されたものであってもよい。
【００２３】
上記のような構成が第２基板２００に形成されている。
【００２４】
上記第１基板１００と上記第２基板２００とを接合する際には、陽極接合フレーム１２１、同電位配線１２２、１２３を第２基板２００表面に接触させるとともに、支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４および２１８−５を、電極パッド１０７−１、１０７−２、１０７−３、１０７−４および導電性パッド１０６−３にそれぞれ接合させる。さらに、引き出し電極２１１−１、２１１−２、２１２−１、２１２−３、２１２−５、２１６、２１７−１、２１７−３を陽極接合フレーム１２２に接触させるとともに、引き出し電極２１２−２、２１２−４、２１２−６、２１７−２、２１７−４を陽極接合フレーム１２３に接触させる。そして、陽極接合法によって、陽極接合フレーム１２１と第２基板２００とを陽極接合させる。その際、シリコンで形成されている同電位配線１２２、１２３も第２基板２００と陽極接合される。
【００２５】
上記陽極接合条件としては、例えば、加熱温度を３００℃〜４００℃（ここでは一例として３６０℃）に設定し、ガラス基板である第２基板２００側に印加する電圧を−４００Ｖ〜−５００Ｖ（ここでは一例として−４００Ｖ）に設定し、接合時間を１時間に設定する。その際、上記引き出し電極２１７−１、２１７−２、２１７−３、２１７−４、上記引き出し電極２１６、上記引き出し電極２１２−２、２１２−４、２１２−６および引き出し電極２１７−２、２１７−４は同電位とする。例えば、陽極接合フレーム１２２、１２３を同電位とすればよい。一例としては、陽極接合フレーム１２２、１２３を接地（グランド）電位とする。これにより、上記引き出し電極２１１−１、２１１−２、２１２−１〜６、２１６、２１７−１〜４はグランド電位となり、センサ全体がグランド電位となるので、陽極接合の電圧印加時に、センサ部（第１、第２振動子１０１−１、１０１−２）とその上部の検出電極２１１−１、２１１−２間に電位差が発生せず、静電引力で引き寄せられることが無くなる。また、支持弾性体１０２−１〜１０２−６に対しても引き出し電極２１２−１〜２１２−６が配されており、陽極接合時にガラス基板の第２基板２００と支持弾性体１０２−１〜１０２−６とに電位差が発生しない。
【００２６】
上記陽極接合後は陽極接合フレーム部１２１と同電位配線１２２、１２３間を、例えばダイシングによって切断し、同電位配線１２２、１２３に共通に接続されたそれぞれの引き出し電極２１１−１、２１１−２、２１２−１〜２１２−６、２１６、２１７−１〜２１７−４を完全に電気的に独立にさせる。
【００２７】
その後に、上記第１基板１００の下面（振動子が形成されている側とは反対側の面）には、磁石１２４を配設する。本実施例の容量検出型センサの角速度センサは、上記磁石１２４により電磁的に駆動される。したがって、上記磁石１２４は、後述する第２基板２００側に設けることもできる。この場合も、第１基板１００下面側に設けた場合と同様なる動作が得られる。
【００２８】
上記容量検出型センサの製造方法では、第１基板１００と検出基板となる第２基板２００とを陽極接合により接着させる際、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２から導出された引き出し電極２０１−１、２０１−２、検出電極２０１−１、２０１−２から導出された引き出し電極２１１−１、２１１−２、検出電極２０２−１〜２０２−６から導出された引き出し電極２１２−１〜２１２−６、電極パッド１０７−１〜１０７−４から導出された引き出し電極２１７−１〜２１７−４、導電性パッド１０６−３から導出された引き出し電極２１６を同電位にするため、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２と検出電極２０１−１、２０１−２、検出電極２０２−１〜２０２−６とを同電位にすることができるので、陽極接合によって第１基板１００と第２基板２００とを接合する際に、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２が第２基板２００側に張り付くのを防止することができるという利点がある。これによって、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２と検出電極２０１−１、２０１−２との間隔を狭くすることができるので、高感度な容量検出型センサを製造することができる。
【００２９】
次に、容量検出型センサの具体的な製造工程を、図６〜図１８によって説明する。図６〜図８、図１４、図１７では、前記図１のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表し、図９〜図１３、図１５、図１６、図１８は平面レイアウト図を示す。なお、断面図は平面レイアウト図のＡ−Ａ’線断面を示し、断面図と平面レイアウト図との縮尺は必ずしも一致させていない。
【００３０】
図６（１）は、前記図１のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表している。図６（１）に示すように、第１基板１００上に絶縁体１３１を介してシリコン層１４１が形成されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１４０を用いる。上記絶縁体１３１は酸化シリコン（ＳｉＯ2）層で形成される。また、第１基板１００の裏面にはマスク１５１を形成しておく。
【００３１】
次に、図６（２）に示すように、マスク１５１をエッチングマスクに用いたエッチング加工により、第１基板１００の裏面側にアライメントマークおよびダイシングライン１２７を形成する。これは、第１基板１００と後に説明する第２基板との陽極接合時のアライメントおよび第１、第２基板を切り出す際のマークとなるものである。
【００３２】
次に、図６（３）に示すように、シリコン層１４１が所望の膜厚となるよう基板表面をエッチングする。上記エッチング方法は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）もしくは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液をエッチング液に用いたウエットエッチによる。もしくは、化学的ドライエッチング、物理的ドライエッチで行うこともできる。また、所望の膜厚が予めわかっているならば、そのようなＳＯＩ基板を用意しても良い。
【００３３】
次に、図７（４）および図９の平面レイアウト図に示すように、シリコン層１４１をエッチング加工して、後に形成される振動子、支持部、支持弾性体等の形成領域を囲むように、陽極接合フレーム１２１を形成する。このとき、上記シリコン層１４１を用いて、陽極接合フレーム１２１の外側に、陽極接合フレーム１２１と所望の間隔を置いて陽極接合フレーム１２１を挟むように同電位配線１２２、１２３を形成する。次いで、陽極接合フレーム１２１内の振動子、支持部、支持弾性体等の形成領域のシリコン層１４１を所望の厚さになるまでエッチング加工する。上記各エッチング加工は、マスクにレジストマスクを用いることができ、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）もしくは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液をエッチング液に用いたウエットエッチによる。もしくは、化学的ドライエッチング、物理的ドライエッチで行うこともできる。このエッチングによって、後に形成される振動子および支持弾性体の各膜厚が決定される。
【００３４】
次に、図７（５）および図１０の平面レイアウト図に示すように、上記シリコン層１４１上で、後に形成される第１、第２振動子上の一部、支持弾性体上および支持部上に絶縁膜１０５−１、１０５−２を形成する。絶縁膜１０５−１、１０５−２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）もしくはそれらの積層膜で形成される。この絶縁膜は、下地のシリコン層１４１と絶縁膜１０５−１、１０５−２上に形成される電極との絶縁性が保持できるものであれば何でも良い。また、絶縁膜１０５−１、１０５−２の形成方法は、リフトオフ方を用いて形成することもでき、または全面に絶縁膜を形成した後にリソグラフィー技術とエッチング技術とによって上記絶縁膜を加工して形成することもできる。
【００３５】
次に、図７（６）および図１１の平面レイアウト図に示すように、上記絶縁膜１０５−１上にローレンツ力を印加するのための導電性の配線となる電極１０６−１、上記絶縁膜１０５−２上に誘導起電力を検出するための導電性を有する配線となる電極１０６−２を形成するとともに、シリコン層１４１上における支持弾性体の電極取り出し位置となる領域に導電性パッド１０６−３を形成する。また、同時に、電極１０６−１、１０６−２の両端となる位置で、後に形成される支持部上に電極パッド１０７−１〜１０７−４を形成する。上記電極材料には、金、白金、クロムの三層金属材料を用いる。もしくは、金、白金、チタンの三層金属材料、金とクロム、白金とクロム、金とチタンおよび白金とチタンなどの二層金属材料を用いることができ、また上記チタンの代わりに窒化チタンとチタンとの積層材料を用いることができる。また、上記クロムや上記チタンの代わりに銅を用いることができる。上記電極材料は、例えば電子ビーム蒸着法により形成することができる。また本実施例においては、リフトオフ法により電極を形成したが、金属材料層を成膜した後、ウエットエッチングやドライエッチングによって金属材料層を加工することで電極形成を行っても良い。また、金属材料膜の成膜方法は、電子ビーム蒸着法の他に、スパッタリング法やＣＶＤ法を用いることもできる。
【００３６】
次に、図８（７）および図１２の平面レイアウト図に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術（例えば反応性イオンエッチング）とを用いて、上記シリコン層１４１を加工し、第１振動子部１０１−１、第２振動子１０１−２、支持弾性体１０２−１〜１０２−６、支持部１０３−１〜１０３−４を形成するとともに、陽極接合フレーム部１２１、同電位配線１２２、１２３等を完成させる。上記第１振動子部１０１−１、第２振動子１０１−２、支持弾性体１０２−１〜１０２−６、支持部１０３−１〜１０３−４を形成するとともに、陽極接合フレーム部１２１、同電位配線１２２、１２３等の配置位置は前記図１〜図５によって説明した通りである。
【００３７】
次に、図８（８）および図１３の平面レイアウト図に示すように、上記支持部１０３−１〜１０３−４、陽極接合フレーム１２１および同電位配線１２２、１２３の下部の絶縁体１３１のみを残して、その他の絶縁体１３１を、例えばエッチングにより除去する。その結果、第１振動子部１０１−１、第２振動子１０１−２および支持弾性体１０２−１〜１０２−６が形成される。また、支持部１０３−１〜１０３−４は、絶縁体１３１を介して第１基板１００に固定される。
【００３８】
次に、第２基板２００側の作製方法を説明する。
【００３９】
図１４（９）に示すように、ガラス基板からなる第２基板２００を用意する。次いで、例えば電子ビーム蒸着法により、第２基板２００に配線電極層２２０を形成する。配線電極層２２０には、金、白金、クロムの三層金属材料を用いることができる。もしくは、金、白金、チタンの三層金属材料を用いることができ、または、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタン等の組み合わせの二層金属材料を用いることができる。上記チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いることもできる。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いることもできる。また、成膜方法は、電子ビーム蒸着法に限定されず、スパッタリング法やＣＶＤ法を採用することもできる。
【００４０】
次に、図１４（１０）および図１５の平面レイアウト図に示すように、無電解めっき法により、配線電極層２２０表面に支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５を形成する。この支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５は、前記図１３によって説明した第１基板１００側に形成された電極パッド１０７−１〜１０７−４および導電性パッド１０６−３と、次の工程で形成される引き出し電極とを接続させるためのものである。また、上記支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５は、単体で形成してもよく、もしくは一つの電極パッドもしくは導電性パッドに対して複数個を形成してもよい。上記支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５を一つの電極パッドもしくは導電性パッドに対して複数個を形成した場合、陽極接合時に上記支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５がバネ状に屈曲し、適度な張力をもって電極パッド１０７−１〜１０７−４および導電性パッド１０６−３と接続することができる。引き出し電極と電極パッドおよび導電性パッドとの接続には、スプリングコンタクトや、金バンプを用いる接続方法もあるが、上記支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５を用いる本方法の場合、第２基板に過度な応力をかけることも無く、また、作製方法もきわめて簡単である。本実施例においては、上記支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５の形成に無電解めっき法を用いたが電解めっき法でも形成できる。
【００４１】
次に、図１４（１１）および図１６の平面レイアウト図に示すように、上記配線電極層２２０をエッチング加工することにより、上記第２基板２００と上記第１基板１００とを対向させて接合した際に、上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２〔前記図１３参照〕と対向する位置に検出電極２０１−１、２０１−２を形成するとともに、上記支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４、１０２−５、１０２−６〔前記図１３参照〕と対向する位置に検出電極２０２−１、２０２−２、２０２−３、２０２−４、２０２−５、２０２−６を形成する。それと同時に、上記検出電極２０１−１、２０１−２、検出電極２０２−１、２０２−３、２０２−５に連続して形成されるもので、上記同電位配線１２２〔前記図１３参照〕側にそれぞれ引き出される引き出し電極２１１−１、２１１−２、２１２−１、２１２−３、２１２−５を形成するとともに、上記電極パッド１０７−１、１０７−３、上記導電性パッド１０６−３と対向する位置から上記同電位配線１２２側にそれぞれ引き出される引き出し電極２１７−１、２１７−３、引き出し電極２１６を形成する。さらに、検出電極２０２−２、２０２−４、２０２−６に連続して形成されるもので、上記同電位配線１２３〔前記図１３参照〕側にそれぞれ引き出される引き出し電極２１２−２、２１２−４、２１２−６を形成するとともに、上記電極パッド１０７−２、１０７−４と対向する位置から上記同電位配線１２３側にそれぞれ引き出される引き出し電極２１７−２、２１７−４を形成する。
【００４２】
次に、第１基板１００と第２基板２００との組立方法を示す。
【００４３】
図１７（１２）および図１８の平面レイアウト図に示すように、陽極接合法により、第２基板２００と陽極接合フレーム１２１とを接合させる。その際、ローレンツ力を発生させる電極１０６−１の両端に形成された電極パッド１０７−１、１０７−２および電磁駆動で振動子が動作したときに発生する誘導起電力を検出する電極１０６−２の両端に形成された電極パッド１０７−３、１０７−４および導電性パッド１０６−３に支柱電極２１８−１、２１８−２、２１８−３、２１８−４、２１８−５をそれぞれに接続させる。さらに、上記引き出し電極２１１−１、２１１−２、２１２−１、２１２−３、２１２−５、２１７−１、２１７−３、２１６を上記同電位配線１２２に接続させるとともに、引き出し電極２１２−２、２１２−４、２１２−６、２１７−２、２１７−４を上記同電位配線１２３に接続させる。これによって、陽極接続時には、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２、支持弾性体１０２−１〜１０２−６、検出電極２０１−１、２０１−２、２０２−１〜２０２−６等が同電位となり、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２が検出電極２０１−１、２０１−２に張り付くのが防止される。
【００４４】
次に、ダイシングによって、第１基板１００および第２基板２００を所望の大きさに切断して、個別チップを形成する。この切断は、例えば陽極接合フレーム１２１の外周に沿って行うことができる。したがって、このダイシング時に、上記同電位配線１２２に接続される引き出し電極２１１−１、２１１−２、２１２−１、２１２−３、２１２−５、２１７−１、２１７−３、２１６は、同電位配線１２２より切断され、それぞれ別個のものとなる。また、上記ダイシング時には、上記同電位配線１２３に接続される引き出し電極２１２−２、２１２−４、２１２−６、２１７−２、２１７−４は、同電位配線１２３より切断され、それぞれ別個のものとなる。
【００４５】
次に、図１７（１３）に示すように、第１基板１００の下部に磁石１２４を配置する。その後、引き出し電極２１１−１、２１１−２、２１２−１、２１２−２、２１２−３、２１２−４、２１２−５よりワイヤー（図示せず）を引き出して、角速度検出装置のチップが作製される。
【００４６】
上記容量検出型センサ１の製造方法における陽極接合では、図１９に示す振動子と検出電圧との間に発生する静電引力と、陽極接合時における第２基板への印加電圧との関係図に示すように、陽極接合を安定的に行える領域となる印加電圧では、従来の容量検出型センサでは、振動子と検出電極間の静電引力が大きくなり、振動子が第２基板側に張り付いていた。一方、本発明のように、引き出し電極により振動子の電位と検出電極の電位を同電位にすることで、振動子と検出電極間の静電引力を大きくすることなく、陽極接合を安定的に行える領域となる印加電圧で陽極接合を行うことができた。この結果、振動子の第２基板側への張り付き不良を発生させることなく、安定した陽極接合が行えるので、振動子と検出電極間の間隔を狭めて、センサ感度を高めることが可能になった。
【００４７】
上記説明したように、本発明の容量検出型センサの製造方法により本発明の容量検出型センサが形成される。
【００４８】
すなわち、本発明の容量検出型センサ１は、第１基板１００と、この第１基板１００の表面に設けられた支持部１０３−１〜１０３−４と、各支持部１０３−１〜１０３−４に一方端が接続された支持弾性体１０２−１〜１０２−６と、第１基板１００表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で支持弾性体支持弾性体１０２−１〜１０２−６の他方端に支持され、第１基板１００に対して変位可能な第１、第２振動子１０１−１、１０１−２と、各第１、第２振動子１０１−１、１０１−２の変位を検出するもので第１、第２振動子１０１−１、１０１−２に空間を介して対向して設けられた検出電極２０１−１、２０１−２と、第１基板１００と対向するもので検出電極２０１−１、２０１−２が形成された第２基板２００とを備えたものであって、主要な構成としては、第１基板１００と第２基板２００とを接着させる際に第１、第２振動子１０１−１、１０１−２および検出電極２０１−１、２０１−２を同電位にするもので、上記第１、第２振動子１０１−１、１０１−２から支持弾性体１０２−１〜１０２−４の電極パッド１０７−１〜１０７−４から導出された引き出し電極２１７−１〜２１７−４と前記検出電極２０１−１、２０１−２から導出された引き出し電極２１１−１、２１１−２とを備えたものである。
【００４９】
次に、本発明の容量検出型センサ１の動作原理を説明する。
【００５０】
上記容量検出方センサ１は、電極１０６−１にはある周期を持った電流が流れる。例えばある時点で電流Ｉ1が電極１０６−１を電極パッド１０７−１から電極パッド１０７−２に向かって流れているとする。その際、電極１０６−２に位相が１８０°ずれた電流Ｉ2を流す。電流Ｉ1、Ｉ2は周期性を持っているので、別の時点では、流れる方向が逆になることもある。電極１０６−１に電流が流れると、第１基板１００の下部に設けられた磁石１２４からの磁界により、ローレンツ力ＦLがｘ方向に発生する。
【００５１】
ローレンツ力ＦLは下記の式で現され、配線に直交する方向にその力が誘起される。
【００５２】
ＦL＝ＩＢＬ  …（１）
【００５３】
上記（１）式中、Ｉは駆動電極となる電極１０６−１に流れる電流、Ｂは磁束密度、Ｌは電極１０６−１の長さである。
【００５４】
ロ−レンツ力ＦLは印加される電流Ｉ1、Ｉ2と同じ周期性をもって第１、第２振動子１０１−１、１０１−２に印加され、第１振動子部１０１−１は、支持弾性体１０２−１および支持弾性体１０２−２に接続されている支持部１０３−１および支持部１０３−２を固定点とし、振幅運動を繰り返す。もう一方の第２振動子１０１−２は支持弾性体１０２−３および支持弾性体１０２−４に接続されている支持部１０３−３および支持部１０３−４を固定点とし、１８０°の位相ずれを持ちながら振幅運動を繰り返す。その際、外部からＹ軸まわりに角速度Ωが与えられると、振動方向に直行した方向にコリオリ力ＦCが発生する。このコリオリ力ＦCは（２）式で表される。
【００５５】
ＦC＝２ｍｖΩ  …（２）
【００５６】
上記（２）式中、ｍは振動子の質量、ｖは駆動方向の振動速度、Ωは外部から印加される角速度である。
【００５７】
コリオリ力ＦCで発生した変位を大きく取るためには、質量ｍ、駆動角振動数ωＸ、駆動変位Ｘｍ（ωＸおよびＸｍは駆動振動速度ｖの対応パラメタ−）を大きく取る必要がある。電磁駆動の場合、従来技術のような静電駆動で必要な櫛歯電極を必要としないため、大きな変位を取ることが可能となる。
【００５８】
コリオリ力ＦCが発生すると第１、第２振動子１０１−１、１０１−２がＺ軸方向に振動する。その際、第２基板２００側に設置された検出電極２０１−１と第１振動子１０１−１および検出電極２０１−２と第２振動子１０１−２との間に容量の変化が現れる。一方は第２基板２００に近づく方向に振動子が傾き、もう一方は遠ざかる方向に振動子が傾く。その容量差分を検出することで、印加される角速度を算出する。
【００５９】
ここで重要なことは、角速度Ωが印加されたときには検出電極２０１−１と第１振動子１０１−１および検出電極２０１−２と第２振動子１０１−２に発生する容量変化量が異なるが、並進加速度が印加された際には、発生する容量変化量は異ならないため、差分を取っても容量差が生じない。よって、角速度印加の時に発生する加速度成分を除去できる構造となっている。
【００６０】
また、ローレンツ力ＦLを発生させた際、第２振動子１０１−２上に形成された電極１０６−２には誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、ローレンツ力ＦLと同じ周期を持って発生している。容量変化を読み取る際、検出電極２０１−１、２０１−２と第１、第２振動子１０１−１、１０１−２間に搬送波を乗せ、容量変化により発生した電流を増幅することにより実際の信号を取り出す。搬送波は同期検波により除去され、また駆動波に関しても誘導起電力の周期成分で検波することにより、角速度に対応した直流信号を取り出すことができる。
【００６１】
上記実施例では、角速度センサについて説明したが、加速度センサ、圧力センサについても同様の製造方法を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の容量検出型センサの製造方法は、角速度センサの製造方法をはじめとして、加速度センサの製造方法、圧力センサの製造方法にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の容量検出型センサの製造方法に係る一実施例を示した要部平面レイアウト図である。
【図２】本発明の容量検出型センサの製造方法に係る一実施例を示した図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】本発明の容量検出型センサの製造方法に係る一実施例を示した図１におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】本発明の容量検出型センサの製造方法に係る一実施例を示した図１におけるＣ−Ｃ’線断面図である。
【図５】本発明の容量検出型センサの製造方法に係る一実施例を示した要部拡大図である。
【図６】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図１のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図７】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図１のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図８】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図１のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図９】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図７（４）の平面レイアウト図である。
【図１０】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図７（５）の平面レイアウト図である。
【図１１】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図７（６）の平面レイアウト図である。
【図１２】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図８（７）の平面レイアウト図である。
【図１３】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図８（８）の平面レイアウト図である。
【図１４】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図１のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図１５】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図１４（１０）の平面レイアウト図である。
【図１６】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図１４（１１）の平面レイアウト図である。
【図１７】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図１のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図１８】本発明の容量検出型センサの具体的な製造工程を示す図面であり、図１７（１２）の平面レイアウト図である。
【図１９】振動子と検出電圧との間に発生する静電引力と、陽極接合時における第２基板への印加電圧との関係図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…容量検出型センサ、１００…第１基板、１０１−１…第１振動子、１０１−２…第２振動子、１０２−１〜６…支持弾性体、１０３−１〜４…支持部、２００…第２基板、２０１−１，２…検出電極、２０２−１〜６…検出電極、２１１−１，２…引き出し電極、２１２−１〜４…引き出し電極、２１７−１〜５…引き出し電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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